纯电动汽车异步电机毕业设计Word格式文档下载.docx

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电气工程及其自动化

班级

11093113

学号

11931322

学生姓名

章炳杨

指导教师

赵晓丹

完成日期

2015年6月

诚信承诺

我谨在此承诺：

本人所写的毕业论文《浮法玻璃熔窑系统数据分析与模型辨识》均系本人独立完成，没有抄袭行为，凡涉及其他作者的观点和材料，均作了注释，若有不实，后果由本人承担。

承诺人（签名）：

年月日

摘要

当前，各国政府大力推进纯电动汽车的研究与开发。

随着纯电动汽车的大力发展，如何对高性能纯电动汽车快速高效的开发成为了新的课题。

高性能纯电动汽车的研发，关键在于蓄电池技术、电机及其控制技术、电动汽车整车技术以及能量管理技术等多项电动汽车关键技术的发展。

电机是电气驱动系统的核心,电机的性能、效率及其控制技术直接影响电动汽车的性能。

因此，本论文以纯电动汽车为对象，利用仿真分析方法，对控制纯电动汽车驱动电机系统的增量式PID控制算法相关理论与方法进行研究。

本文通过对驱动电机进行比较研究，为在满足设计目标的条件下驱动电机的合理选型和参数的合理选择与匹配提供了依据；

对驱动电机的数学模型进行分析，给出其转矩和运动方程、电压方程、磁链方程，以及不同坐标系下三相异步电动机数学模型。

在此基础上，基于仿真软件MATLAB/Simulink，建立纯电动汽车异步电机控制系统的仿真模型，探讨该算法对三相异步电机控制的影响。

关键词：

纯电动汽车；

三相异步电机；

PID控制算法；

建模仿真

ABSTRACT

Atpresent,thegovernmentsvigorouslypromotetheresearchanddevelopmentofpureelectricvehicles.Withthedevelopmentofpureelectricvehicles,howtodevelopthehighperformanceofpureelectricvehiclesquicklyandefficientlyhasbecameanewsubject.Researchanddevelopmentofhighperformanceofpureelectricvehicle,thekeyliesinthedevelopmentofbatterytechnology,motoranditscontroltechnology,electriccarvehicletechnologyandenergymanagementtechnology.Themotoristhecoreofelectricdrivesystem,performance,efficiencyofthemotoranditscontroltechnologydirectlyaffecttheelectricvehicle.

Therefore,thepureelectricvehicleastheobject,byusingthemethodofsimulationanalysisandthecontrolofpureelectricvehiclesdrivemotorsystemoftheincrementalPIDcontrolalgorithmtheoryandmethodtostudy.Throughacomparativestudyofthedrivemotorforreasonableselectionofdrivemotortomeetthedesigngoalsofthereasonableselectionandparameterandmatchingprovidesabasis;

thedrivingmotormathematicalmodelanalysis,givesthetorqueandmotionequations,voltageequation,fluxequation,anddifferentcoordinatesystemthree-phaseasynchronousmotormathematicalmodel.Onthisbasis,basedonMATLAB/Simulinksimulationsoftware,theestablishmentofpureelectricvehicleinductionmotorcontrolsystemsimulationmodelanddiscussthealgorithmofthree-phaseasynchronousmotorcontroleffect.

Keyword:

Pureelectricvehicle;

three-phaseasynchronousmotor;

PIDcontrolalgorithm;

Modelingandsimulation

第一章绪论

1.1本课题主要研究的目的、意义

目前，各国政府都在推进纯电动汽车的研究。

随着纯电动汽车日益受到各界的关注，对高性能纯电动汽车的开发成为了新的研究重点。

高性能纯电动汽车的设计，关键在于蓄电池技术、电机及其控制技术、电动汽车整车技术以及能量管理技术等电动汽车技术的研究。

电机是驱动系统的心脏,电机的性能及其控制技术直接影响电动汽车的性能。

因此，在发展高性能和高效率电机的同时，加强其控制技术的研究，对提高纯电机汽车的性能将具有重要的作用。

在当前的研究中，发现传统PID控制算法简单、鲁棒性好和可靠性高，不依赖于被控对象的精确模型，只需了解对象的响应特性就可通过仿真设计出相对应的控制器，因而它的设计方法不复杂，可行性高，从而较多的应用于工业过程控制，特别是适用在一些可以建立精确数学模型的控制系统中。

随着传统PID控制的应用日益增多，其不足的方面也日益突出，如PID控制器参数的整定问题等。

当整定参数一旦收到确定，在整个PID控制过程中都将是一成不变的。

而实际应用中，由于电机系统机理复杂，具有多输入、多输出的强耦合性、参数时变性和严重的非线性特性等，因此，采用常规PID控制难以使电机系统获得满意的控制效果。

与此同时，在纯电动汽车的设计周期中，由于计算机仿真技术可对各子系统设置的参数进行灵活修改，各个模块也可重复使用，从而可有效缩短纯电动汽车的研发周期、提升纯电动汽车的各种性能，并以此加快纯电动汽车的投入生产的日期。

因此，本论文以纯电动汽车为对象，利用仿真分析的方法，对纯电动汽车的整车及与电机控制的相关理论与方法进行了仿真研究，基于增量式PID控制算法，探讨该算法对三相异步电机控制的影响，论证该算法对提高三相异步电机励磁绕组所产生的磁链旋转质量，使其速度加快，及时跟随电机对转速的调节需求，有效地提高了电机的动态特性，对实现电机的良好控制有着良好的作用。

同时，基于模糊PID的矢量控制方法，探讨对整车控制的影响，论证该方法提高整车对测试工况的跟随性、动力性和行驶稳定性，改善整车的动力性、运行效率以及能源经济性具有良好的作用。

1.2本课题主要研究的背景

1.2.1电动汽车的发展概况

电动汽车的发明与使用有一百多年的历史，RobertDavidsson于1873年发明了第1款的纯电动汽车，该电动汽车动力采用了不可充的化学电源作为动力电池。

1882年，Ayrton和JOHNPerry组装了第一辆以铅酸蓄电池为动力源的纯电动三轮车，标志着可循环充放电的化学电源动力纯电动汽车进入了真正的实用化阶段，这项关键技术的突破对于当时的电动汽车而言意义十分重大。

随着石化燃料资源的逐渐枯竭和环境污染问题，内燃机汽车的固有缺陷和局限性问题，逐渐引发了世界各国的广泛关注。

由于以电力为主要动力的纯电动汽车电力来源的可持续性和对环境零排放的友好性，逐渐成为各国关注的焦点，掀起了研究热潮。

（1）电动汽车在国外的发展概况

从上世纪末开始，在工业方面有快速发展的的西方发达国家通过对纯电动汽车的研究与开发来以此解决能源短缺、环境污染和气候变暖问题。

美国拥有世界上规模较大的汽车生产商，例如通用汽车公司。

与此同时，美国的汽车的生产量也日益增多。

因此，电动汽车（Electricvehicle）的研究是美国乃至许多发达国家科技战略的风向标，并为此投入巨额资金和人力研究纯电动车。

为了使纯电动汽车在保持原有的绿色环保概念以外，在汽车性能方面更加出色，美国依次推出了PNGV、FreedomCAR、AVP这三项计划。

而在另一边的欧洲，法国政府也相继推出了“Predit2002-2006”等补贴计划。

日本由于其国土资源少，因此是能源短缺的工业大国，日本国相当的注重电动汽车事业的发展，同时日本在动力电池技术方面处于全球领先水平。

1996年丰田公司推出了日本第一辆燃料电池电动车，并且从1997年开始量产混合动力方面的汽车，成为当时绿色能源技术领域和世界电动汽车产业化的领军企业。

目前各个发达国家政府相继推出多项政策大力扶持大型汽车生产商进行电动汽车的研究工作，同时也制定出多项环保和节能法规鼓励电动汽车的研发，采用税收优惠和政府补贴来促进消费者对电动汽车的购买欲望。

（2）电动汽车在国内的发展概况

中国是当今世界上最大的发展中国家，中国拥有世界上最大的生产力，被称为“世界工厂”，由于工业的发展日益加快，环保问题也因此突显，所以我国对绿色环保的纯电动汽车的发展也是相当的重视。

自1985年以来，我国开始重视电动汽车的发展。

其中，在上海燃料电池汽车动力系统有限公司和同济大学的合作下，燃料电池骄车研发在上海落下帷幕；

依托清华大学和北京客车厂，燃料电池大客车的工作开展在北京；

依靠东风电动汽车公司的发展，奇瑞和长安公司的加入，混合动力电动汽车在武汉正式开展了一系列的研发；

由一汽集团和东风电动汽车公司利用各自的底盘技术进行开发作为依托，把混合动力电动汽车地盘设计研发任务安排在武汉和长春；

北京电动车辆股份有限公司和天津清远发电有限公司在北京和天津联合开发纯电动汽车。

中国纯电动，混合动力和燃料电池汽车的集成技术，电力系统集成技术、组件技术在政府的支持下，在技术上取得了显著的成果。

同时，中国正在建设中的专利战略和技术标准，使具有自主知识产权的新能源汽车产业有了更加可靠地支持。

1.2.2纯电动汽车驱动控制系统研究

电动机是电动汽车的心脏，电动机控制系统主要操作为：

采用主动或被动，或两者相结合的方式，在电动机控制系统的控制下，使车辆上的动力电池高效率地转换为汽车在行驶中的动能，或将汽车在行驶过程中减速制动的动能转化为可储存的电能，即实现电能-机械能和机械-电能的相互转换。

因此，纯电动汽车的加速性、最高车速、行驶里程长度、爬坡性能、能量转换性能取决于其驱动系统的控制方案。

（1）国外纯电动汽车驱动控制系统研究现状

由于欧美和日本在较早发展了工业革命，因此在电动汽车领域方面早已经有了长久的系统研究，其相对的成果也领先世界各个发展中国家，这些成果体现在以下几个方面：

第一方面，技术相对较成熟。

国外几大著名的汽车制造商都在开展对纯电动汽车驱动控制系统的研究工作，如永磁同步电动机驱动控制系统（丰田）、EV1车型直流电机驱动控制系统（通用公司）。

总体而言，在电机驱动控制系统领域，几大汽车制造商拥有比较丰富的经验，电机驱动控制器的硬件和软件